天体物理环境中非稳态尘埃形成过程的公式化

在考虑关键气体物种（关键分子）的碰撞控制尘埃形成过程动力学的情况下，建立了小团簇的非稳态形成及伴随化学反应的颗粒生长公式。该公式允许我们评估在天体物理环境中形成的尘埃的尺寸分布和凝结效率。我们以超新星抛射物中 C 和 MgSiO3 颗粒的形成为例应用该公式，研究了与使用稳态成核率计算的结果相比，非稳态效应如何影响新形成颗粒的形成过程、凝结效率 $f_{con}$ 和平均半径 $a_{ave}$。我们表明，如果关键分子的碰撞时标 $\tau_{coll}$ 远小于过饱和比增加的时标 $\tau_{sat}$，则稳态成核率是一个很好的近似；否则，非稳态效应变得显著，导致较低的 $f_{con}$ 和较大的 $a_{ave}$。通过检查计算结果，我们揭示出如果在尘埃形成期间冷却气体满足 $\Lambda = \tau_{sat}/\tau_{coll} > 30$，则稳态成核率适用，并发现 $f_{con}$ 和 $a_{ave}$ 由尘埃形成起始时间 $t_{on}$ 处的 $\Lambda_{on}$ 唯一确定。作为 $\Lambda_{on}$ 函数的 $f_{con}$ 和 $a_{ave}$ 的近似公式，不仅可用于超新星抛射物，也可用于演化恒星的质量损失星风，根据观测或模型预测的物理性质来估算新形成颗粒的质量和典型尺寸。